論文の概要: Topological Solitons in Square-root Graphene Nanoribbons Controlled by Electric Fields
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.13978v1
- Date: Thu, 20 Jun 2024 03:58:24 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-06-21 17:27:03.297552
- Title: Topological Solitons in Square-root Graphene Nanoribbons Controlled by Electric Fields
- Title（参考訳）: 電界制御による角根グラフェンナノリボンのトポロジカルソリトン
- Authors: Haiyue Huang, Mamun Sarker, Percy Zahl, C. Stephen Hellberg, Jeremy Levy, Ioannis Petrides, Alexander Sinitskii, Prineha Narang,
- Abstract要約: グラフェンナノリボン(GNR)は、外部に印加された電場によって誘起され制御される独自のトポロジカル特性を有する。
正方根GNRにおける系の磁場方向と化学ポテンシャルを制御することにより,異なる位相位相が達成できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 34.82692226532414
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Graphene nanoribbons (GNRs) are unique quasi-one-dimensional (1D) materials that have garnered a lot of research interest in the field of topological insulators. While the topological phases exhibited by GNRs are primarily governed by their chemical structures, the ability to externally control these phases is crucial for their potential utilization in quantum electronics and spintronics. Here we propose a class of GNRs featured by mirror symmetry and four zigzag segments in a unit cell that has unique topological properties induced and controlled by an externally applied electric field. Their band structures manifest two finite gaps which support topological solitons, as described by an effective square-root model. To demonstrate the experimental feasibility, we design and synthesize a representative partially zigzag chevron-type GNR (pzc-GNR) with the desired zigzag segments using a bottom-up approach. First-principles calculations on pzc-GNR reveal band inversions at the two finite gaps by switching the direction of the electric field, which is in accordance with predictions from the square-root Hamiltonian. We show different topological phases can be achieved by controlling the direction of the field and the chemical potential of the system in square-root GNRs. Consequently, upon adding a step-function electric field, solitons states can be generated at the domain wall. We discuss the properties of two types of soliton states, depending on whether the terminating commensurate unit cell is mirror symmetric.
- Abstract（参考訳）: グラフェンナノリボン(英: Graphene nanoribbons, GNR)は、トポロジカル絶縁体の研究に多くの関心を寄せた、ユニークな準1次元(1D)材料である。
GNRによって示されるトポロジカル位相は、主に化学構造によって制御されるが、これらの位相を外部に制御する能力は、量子エレクトロニクスやスピントロニクスにおける潜在的な利用に不可欠である。
本稿では、外部印加電界によって誘導・制御される独自の位相特性を有する単位セルにおいて、ミラー対称性と4つのジグザグセグメントを特徴とするGNRのクラスを提案する。
これらのバンド構造は、有効平方根モデルによって説明されるように、トポロジカルソリトンをサポートする2つの有限ギャップを示す。
実験の実現可能性を示すため,ボトムアップアプローチを用いて,所望のジグザグセグメントを用いて部分ジグザグ型GNR(pzc-GNR)を設計・合成する。
pzc-GNR 上の第一原理計算は、正方根ハミルトニアンからの予測に従って電場方向を切り替えることで、2つの有限ギャップにおけるバンド反転を明らかにする。
正方根GNRにおける系の磁場方向と化学ポテンシャルを制御することにより,異なる位相位相が達成できることを示す。
これにより、ステップ関数電場を付加すると、ドメインウォールでソリトン状態が生成される。
本稿では, 2種類のソリトン状態の性質について考察する。
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